这一章在干嘛?

把第 10 章的原理电路变成实用工具箱:固定增益级、加减法器、缓冲器、四种受控源、仪表放大器、有源滤波器。每个电路都给出增益/传递函数公式,学会「套模板」就能设计大部分模拟前端。

11.1 固定增益级与多级级联

11.2 加减法器与缓冲器

11.3 四种受控源

11.4 仪表放大器:传感器信号的标配

11.5 有源滤波器

11.1 固定增益级与多级级联

把反相/同相放大器按指定增益定型封装,就是固定增益级。多级级联时总增益相乘(dB 相加):

原书图 11.1 原书图 11.1:反相固定增益级

原书图 11.3 原书图 11.3:同相固定增益级:输入阻抗更高

级联规律:

A v总 = A 1 ·A 2 ·A 3 …(倍数相乘);用 dB 表示则是相加。注意前级输出阻抗要远小于后级输入阻抗,否则增益打折。

11.2 加减法器与缓冲器

求和已在第 10 章见过;减法器则一路进同相端、一路进反相端:

原书图 11.8 原书图 11.8:求和放大器:多路加权相加

原书图 11.10 原书图 11.10:减法电路:输出正比于两输入之差

单位增益缓冲器(电压跟随器):输出直连反相端,Av=1,用「高进低出」的阻抗隔离前后级:

原书图 11.13 原书图 11.13:单位增益缓冲:增益为 1,却是最常用的运放电路之一

11.3 四种受控源

用运放可以搭出理想的受控源,实现「电压/电流」世界的自由转换:

原书图 11.17 原书图 11.17:压控电压源(VCVS)实际电路

原书图 11.19 原书图 11.19:压控电流源(VCCS):负载电流只由输入电压与电阻决定

妙用:

压控电流源是恒流源的核心——比如给 LED/传感器激励恒定电流,输出电流 = V in /R,与负载无关。

11.4 仪表放大器:传感器信号的标配

把两颗同相缓冲 + 一颗差分级打包,得到仪表放大器(INA):输入阻抗极高、增益一颗电阻可调、共模抑制比极大,是应变片/热电偶/心电信号的标准前级:

原书图 11.28 原书图 11.28:仪表放大器:三运放结构,R_G 设定增益

11.5 有源滤波器

RC 无源滤波「拖泥带水」(增益 ≤1、滚降平缓、带负载能力差),加上运放就成了有源滤波器——有增益、滚降陡、级联方便:

原书图 11.30 原书图 11.30:理想滤波响应:低通/高通/带通

原书图 11.31 原书图 11.31:一阶有源低通:−20 dB/十倍频

阶数每加一阶,滚降斜率再加 −20 dB/十倍频;把低通和高通串起来就是带通:

原书图 11.33 原书图 11.33:一阶/二阶有源高通及响应

原书图 11.34 原书图 11.34:带通有源滤波器

初学误区:

有源滤波的「截止频率」由 RC 决定(f c =1/2πRC),运放只负责增益与隔离;先定 RC,再配增益。